AERONAUTIKA

Pripremio: Darko Mladenovič

Kompozitni materijali

I uštede i pouzdanost

Avioni se večinom izračuju od metala, uglavnom aluminijuma i njegovih legura. Danas se, mečutim, stručnjaci radije opredeljuju za kompozitne materijale zasnovane na ugljeničnim vlaknima

Boing 777 je prvi putnički avion u čijoj je konstrukciji u večoj meri primenjena upotreba kompozitnih materijala

Trup i krila Boinga 787 su izračena od kompozitnih materijala čto je znatno uticalo na poboljčanje aerodinamičkih karakteristika i smanjenje potročnje goriva

Prvi Dreamliner se več nalazi u aktivnoj slučbi Japanske aviokompanije ANA

Vlaknasti kompozitni materijali koristili su se na vojnim avionima još od šezdesetih godina ali je njihova upotreba u civilnoj avijaciji počela sedamdesetih. Reč je uglavnom o ograničenoj primeni na nekim od sekundarnih delova kao što su paneli na izlaznoj ivici krila ili nekim delovima vertikalnog repa.

Pojavom „boinga 777“, aviona koji je u svojim strukturnim delovima sadržavao velike površine od kompozitnih materijala, stečena su nova iskustva. Od tada se, u civilnom sektoru, kompozitni materijali koriste u velikoj meri za izradu važnih delova strukture aviona, čime se postižu uštede u masi letelice. „Airbus A380“ je projektovan tako da su njegova krila većim delom izrađena od kompozitnih materijala, čime se ostvaruje ušteda od gotovo 17% goriva u poređenju sa sličnim avionima.

Kompozitni materijali su najvažnija grupa materijala u avioindustriji i predstavljaju kombinaciju dve ili više organske ili neorganske komponente. Jedan od materijala ima funkciju matrice koja povezuje materijal u jedinstvenu celinu, dok druge komponente služe za ojačanje, najčešće u obliku vlakana koja prolaze kroz matricu. Materijali koji se koriste za matricu su najčešće razne vrste smola ili poliamida, dok se za ojačanja naj- češće koriste staklena ili ugljenična vlakna.

Lakši, čvršči, postojaniji

U stalnoj potrazi za novim rešenjima u projektovanja letelica, konstruktori su često ograničeni na trenutno dostupne materijale. Otkrićem kompozitnih materijala zasnovanih na ugljeničnim vlaknima, konstruktori su dobili materijal čiji je jedan od važnih parametara izuzetna čvrstoća i postojanost uz velike uštede mase - do 20 % u poređenju sa do sada korišćenim materijalima. Kod vojnih letelica, primenom kompozitnih materijala postižu se bolje manevarske sposobnosti.

Civilni sektor je kasnije uvideo prednosti kompozitnih materijala. Ali, visoka cena goriva i povećana ekološka osvešćenost dovele su do toga da su veliki svetski proizvođači letelica počeli da koriste prednosti upotrebe kompozita. Niža masa letelice utiče na smanjenje potrošnje goriva a samim tim i na emisije izduvnih gasova; a zahvaljujući osobini da plastična struktura zahteva manje spojeva pomoću zakivaka, dolazi do poboljšanja aerodinamičkih osobina i smanjenja troškova proizvodnje.

Visoki troškovi odrčavanja

Uprkos čvrstoći i maloj specifičnoj masi, kompozitni materijali nisu bez mana. Pojedini materijali apsorbuju vlagu i teško je pronaći oštećenja na njihovoj strukturi a i sama cena može biti izuzetno visoka zbog načina izrade i veoma skupih mašina koje se koriste u procesu proizvodnje. Poređenja radi, nasuprot kompozitima, aluminijum se lako proizvodi i popravlja, dok se branici od fiberglasa uglavnom posle udesa moraju zameniti. Isto važi za većinu kompozitnih materijala koji se koriste na današnjim avionima.

Američki pioniri

Prikaz sekcije trupa Boinga 787 izrađenog od plastike ojačane ugljeničnim vlaknima

Prve letelice iz "Boing"-ove fabrike, pri čijoj su izradi u večoj meri koriščeni kompozitni materijali, izačle su iz fabrike sredinom devedesetih godina prošlog veka. "Boing 777" je prvi putnički avion na svetu koji je u potpunosti projektovan na računaru i, u vreme kada je poleteo, imao največi udeo kompozitnih materijala koriščenih za njegovuj izradu - gotovo 9% ukupne strukture. Pod putničke kabine i vertikalne repne površine su bile izračene od pomenutih materijala.

Do danas je tržištu isporučeno 970 letelica ovog tipa u, 6 osnovnih verzija čiji se broj putničkih sedišta kreće od 300 do 550. Zahvaljujući uštedama u masi, postignutih korišćenjem kompozitnih materijala, ova letelica doleta od gotovo 17.000 km, ima nižu potrošnju goriva i manje operativne troškove od svojih konkurenata pa ne čudi izuzetno zanimanje aviokompanija. Posle velikog uspeha sa modelom "777" "Boing" je otišao dalje i napravio model „787“, nazvan „dreamliner“. Ovaj avion kapaciteta od 290 putnika ima danas najveći stepen upotrebe kompozitnih materijala na putničkim avionima. To je uticalo na smanjenu potrošnju goriva u odnosu na konkurentne letelice - za 1/5. Letelica ima mogućnost da, uz maksimalnu brzinu od oko 950 km/h preleti 15.700 km bez dolivanja goriva! Iako su do danas isporučena svega dva aviona, letelici se predviđa blistava budućnost.

Osprey kombinuje prednosti vertikalnog poletanja i sletanja helikoptera i dolet i brzinu turbo-prop aviona

Američki lovački avion nove generacije F-35 je u največoj meri izrađen od kompozita

Airbus A-400 je najnoviji avion iz Airbus fabrike koji če se koristiti kao vojni ransporter. U njegovoj strukturi udeo kompozita je gotovo 20%

Početkom devedesetih „Boing“ je, u saradnji sa „Bell“-om, razvio letelicu koja kombinuje prednosti helikoptera u pogledu vertikalnog poletanja i sletanja sa brzinom klasičnog aviona sa turbo-propelerskom pogonskom grupom. Model je nazvan „V-22 osprey“. Udeo kompozitnih materijala u njegovoj gradnji iznosi 50%. Letelica je 2007. godine ušla u upotrebu u vojsci SAD. Do danas je proizvedeno 107 primeraka.

Upotreba kompozitnih materijala na vojnim avionima najviše je odmakla na američkom lovcu nove generacije „F-35“. Iako je sve još uvek obavijeno velom tajne, procena je da je gotovo dve trećine letelice napravljeno od kompozitnih materijala. Pored manje mase, letelica ima i smanjeni radarski odraz. tzv. stealth (nevidljivi). Kompanija „Lokid-Martin“, osim osnovnog modela „F-35“, razvija i modele sa vertikalnim poletanjem i sletanjem i model koji će biti upotrebljavan na nosačima aviona. Do sada je napravljeno 13 aviona ovog tipa za potrebe letnih ispitivanja. Prvi modeli biće isporučeni 2016. godine.

Sa naše strane okeana

Komapnija „Erbas“ je, na letelici „A380“, krila izradila primenom kompozitnih materijala. Ovaj leteći džin se danas može upoređivati samo sa svojim znatno manjim takmacom - „boingom 747“ u odnosu na koga ima gotovo 17% nižu potrošnju goriva pri čemu ima veći maksimalan dolet za gotovo 700 km, a na tom rastojanju može da prevede gotovo 300 putnika više. Nesumnjivo je da su kompozitni materijali korišćeni u izradi ove letelice jedan od faktora nižih operativnih troškova.
Na polju vojnih letelica, „Erbas“ radi na projektu transportnog aviona „A400M-Atlas“. Ova velika četvoromotorna letelica je namenjena vojnim korisnicima - kao platforma za iskakanje padobranaca i transport materijala. Procene su da je oko 20% strukture ove letelice, koja je prvi put poletela decembra 2009, izrađeno od naprednih kompozitnih materijala. Prve isporuke očekuju se već tokom ove godine.

Na polju vojnih letelica, "Erbas" radi na projektu transportnog aviona "A400M-Atlas". Ova velika četvoromotorna letelica je namenjena vojnim korisnicima - kao platforma za iskakanje padobranaca i transport materijala. Procene su da je oko 20% strukture ove letelice, koja je prvi put poletela decembra 2009, izračeno od naprednih kompozitnih materijala. Prve isporuke očekuju se več tokom ove godine.

Darko Mladenović